PLC和變頻器應用于橋式起重機

沈文濤

摘 要：橋式起重機俗稱行車，是工礦企業應用非常廣泛的起重機械。傳統的橋式起重機為了提高起動轉矩，采用繞線式異步電動機拖動，通過鼓形凸輪控制器的操作來改變其轉子所串電阻調速。本文主要介紹了PLC和變頻器在橋式起重機上的應用

關鍵詞：PLC；變頻器；運行機構；程序；功能擴展

隨著新技術和控制設備的發展，現在人們普遍采用變頻器作為變頻調速電源，用籠形異步電動機取代原來的繞線異步電動機，用PLC作為控制裝置進行無觸點控制。從而改善了調速性能，增加了系統的可靠性。本文通過一個實例分析變頻器和PLC在系統中的具體應用。

1 橋式起重機拖動系統

1.1 橋式起重機的運行機構

1）大車拖動系統拖動整臺起重機順著車間方向左右移動（以司機的坐向為參考）

2）小車拖動系統拖動吊鉤及重物順著橋架作前后運動。

3）吊鉤拖動系統拖動重物作吊起或放下的上下運動。大型起重機（超過10t）有兩個起升機構：主起升機構（主鉤）和副起升機構（副鉤）。通常主鉤與副鉤不能同時起吊重物。

1.2 負荷特點

橋式起重機的拖動系統負載都屬于恒轉矩性質，且其起升機構為位能性負載，當起升機構起吊重物下降或者快速減速運行時，電動機處于再生發電制動狀態。需要將電能通過反饋裝置反送給電網或消耗在制動電阻上，以防直流處的泵升電壓影響制動效果。

1.3 控制要求

1）起升機 構要求起動轉矩大，起動運行平穩。能夠實現正反轉運行且要有超載、限位、限流等多種保護。

2）起升機構在啟停過程中易出現“溜鉤”問題。

由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要時間（約0.65），而電動機轉矩的產生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應的。因此，制動器和電動機在動作的配合上極易出現問題。如電動機已經通電，而制動器尚未松開，將導致電動機的嚴重過載；反之，如電動機已經斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現溜鉤現象。因此要有相應的防止措施。

起升機構中要有機械制動器。起重用變頻器具有零速全轉矩功能（又稱零伺服功能，即零速時電動機仍能輸出150%的額定轉矩，使重物停在空中），但是若重物停在空中時出現電源瞬間停電等情況，就會有重物下滑的危險。因此，電動機軸上必須加裝制動器。常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。

2 PLC、變頻器的系統應用

2.1 系統配置

1）變頻器。橋式起重機的平移機構對拖動系統的性能要求不高，為了節省成本，選用V/F控制方式的通用變頻器即可滿足要求。

起升機構要求有較高的起動轉矩和調速性能，采用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。這類變頻器種類很多，本文以安川VS一616G5 變頻器為例分析。

該變頻器具有零速全轉矩功能，這就保證了吊鉤由運行狀態降為零速時，電動機能夠使重物在空中暫時停住，直到電磁制動器將電動機軸抱住為止，從而防止了溜鉤。

2）PLC可選擇日本三菱的FX衛N一08MR。

3）平移機選用普通電機；主副提升機構都采用變頻電機并裝有光電編碼器，變頻器附有PG一理速度反饋控制卡與光電編碼器相連接；為了保證足夠的啟動和運行力矩，主提升機構的變頻器一般比電動機容量放大一個等級（若電動機為90KW，則變頻器的容量可選110KW）；變頻器的制動單元應加大一個檔次，以便允許有較大的制動電流，縮短制動過程；制動電阻的額定功率應加大一倍。

2.2 系統圖

主起升機構系統圖略。PLC端子及控制關系說明：上述系統中PLC為控制中心，它的輸人信號來自主令控制器（用以控制主鉤電動機的正反轉和多段速及零位保護）和變頻器（故障輸出、制動器控制信號），以及超載、限位等檢測信號。它的輸出信號控制變頻器和主電路（制動器、風機、變頻器電源電路）的通斷。

變頻器的各端子說明如下 1：正轉 ； 2：反轉；3：外部故障（制動電阻過熱保護）；4：故障復位；5：多段速1，6：多段速2；7：多段速3；8：點動；n：多功能輸人端子（5～8）的公共端；25：零速；26：速度一致；27：集電極開路多功能。

2.3 PLC程序

本系統PLC程序為一般的順序控制程序，其中的關鍵是要理清系統工作過程中實際需要的控制關系，以及把主令控制器的運行及速度指令邏輯轉換為三位二進制輸出給變頻器多段速輸人端。

2.4 工作過程

系統上電后，在無故障反饋情況下，司機室駕駛員通過聯動臺的主令控制器發出操作指令信號給PLC，PLC根據內部程序的執行結果輸出給變頻器正反轉和多段速輸人端，從而控制主鉤的升降運行和變速。

2.5 溜鉤的防止

Vs 一 616 GS 矢量控制型變頻具有零速全轉矩功能，在設計橋式起重機起升機構時只需考慮PLC和變頻器的適當配合，即可圓滿解決“溜鉤”問題。如本例中可以利用集電極開路輸出端的“零速”、“速度一致”信號分別控制機械制動器的抱閘和松閘，或者用“頻率檢測信號”作為機械制動器的松合閘控制指令。但都需要參數設置與之相配合，以取得制動器與電動機運行之間的最佳配合。

2.6 功能擴展

1）如果需要，可在PLC輸人端連接遙控器對橋式起重機的拖動系統進行控制。

2）可以配置觸摸屏或液晶顯示器對系統的主鉤高度、載荷、運行狀態、故障狀態等進行監視。1毛一扮卡輸出脈沖到PLC高頻脈沖輸人端，經SPD脈沖速度計算指令計算用于速度控制和顯示。PLC與觸摸屏通過R32串行接口相連，Pl刃中的接口程序在PLC中為觸摸屏設立數據讀取區及相關狀態標志，用于觸摸屏的監視。

2.7 系統保護

該系統中，變頻器本身具有短路、過載、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，對主起升機構來說，變頻器驅動一臺電動機，所以變頻器的輸出可以直接連接電動機而不必接熱繼電器作過載保護。線路主回路中接有總接觸器和分接觸器，它們除了通斷線路的作用外，還兼有短路、過載、欠壓等多種保護。司機可以通過聯動臺中的啟停按鈕控制總接觸器進而控制總電源的通斷，在無法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過急停開關接通總斷路器的分勵脫扣線圈來斷開電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開關和鑰匙開關作為安全保護措施。

3 結束語

有了功能完善、性能穩定可靠的PLC和變頻器的有力支持，橋式起重機在可靠性、調速性能、節能和運行效率等方面與傳統的橋式起重機相比有了很大提高，PLC 和變頻器構成的橋式起重機系統成為目前橋式起重機的典型設計模式，應用非常廣泛。

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